Bakterid pannakse valgusest energiat tootma

Laborites laialt kasutatav bakter Escherichia Coli ehk soolekepike saab energiat suhkrute lagundamisest, kuid lihtsa geenimanipulatsiooni abil saab ta panna energiat tootma ka valgusest. Seega saaks luua baktereid, mis võiksid tõhusalt ja odavalt toota biokütuseid, ravimeid ja muid kemikaale, vahendas MITi Technology Review.

Osad bakterid, nagu näiteks tsüanobakterid (tuntud ka sinikute ja sinivetikatena), kasutavad energia tootmiseks sarnaselt taimedele fotosünteesi. On avastatud aga ka teine meetod, mille abil bakterid valgusenergiat kasutada saavad. Nad kasutavad valguse poolt aktiveeritavaid valke proteorodopsiine, mis sarnanevad meie silma võrkkestas leiduvate valkudega. Kui see valk on seotud valgustundliku molekuli retinaaliga ja seda tabab valgus, pumpab ta prootoneid läbi rakumembraani. See tekitab membraanil elektrilise gradiendi (ühel pool rakumembraani on ioonide kontsentratsioon suurem kui teisel pool), mis toimib energiapotentsiaalina sarnaselt pingele, mida tekitavad patareid.

Proteorodopsiini süsteemi geenid avastati esmakordselt 2000. aastal mereorganismidel. Süsteemi kuuluvad proteorodopsiini geen ning retinaali tootvate ensüümide geenid. Leiti ka, et merebakterid on võimelised seda geenimoodulit üksteisele üle kandma.

Kui selgus, et valgusest energia tootmiseks on vaja ainult väikest DNA-juppi, tuli teadlastel vaid see DNA-lõik E. Coli-sse üle kanda. Selle tagajärjel tootis tavaline laboribakter kõiki valguse tarbimiseks vajalikke komponente ning paigutas nad oma rakumembraani, hakates seejärel valgusest energiat tootma. "Tükike DNAd on kõik, mida on vaja päikesevalgusest energia tootmiseks," ütles uurimuse autor, Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) biotehnoloogiaprofessor Ed Delong. Tulemused avaldati märtsis ajakirjas Proceedings of the National Academy of Sciences.

Uurimuse tulemused on olulised nii mereökoloogiale kui ka sünteetilisele bioloogiale – laienevale teadusharule, mis püüab välja töötada uusi tööstuslikult kasulikke eluvorme. Põhjalikud ookeaniloomade geeniuuringud on näidanud, et rodopsiini süsteem on üllatavalt laialt levinud. Seda aitab seletada antud uurimus, mis näitab, et funktsiooni omastamiseks piisab vaid ühest geeniülekandest. Tundub, et üksteisega geenide vahetamine on bakteritel üsna tavaline nähtus.

Sünteetilisele bioloogiale annavad need avastused uue tööriista. Eelmisel kuul Jan Liphardti ja teiste California Berkeley Ülikooli teadlaste poolt tehtud uurimus näitas, et proteorodopsiini pumbaga varustatud E. Coli saab energiaallikaid kergesti vahetada: kui puuduvad tavapärased allikad, kasutavad nad liikumiseks valgusenergiat. Mida rohkem valgust on, seda kiiremini liikumisaparaat töötab.

Ka bakterid, mida kasutatakse ravimite või teiste kemikaalide tootmiseks, võiks tulevikus varustada rodopsiini pumpadega. Sellistel bakteritel tekib sageli energiapuudus. "Valguse jõul töötavaid prootonipumpasid kasutades saavad bakterid lisaenergiat, et suurendada metaboliitide või farmakoloogiliselt aktiivsete ainete saagist," ütles Texase Ülikooli Meditsiinikooli mikrobioloogia ja molekulaargeneetika professor John L Spudich. Rakulise energia kasv võib eriti kasulikuks osutuda uues tootmisharus - biokütuste tootmisel.

"See on nagu hübriidauto loomine. Sarnaselt bensiini asemel patareidesse salvestatud energia kasutamisele täiendavad rakud oma energiavarusid valgusega," ütles Delong MITist.

Vaata ka teisi Novaatori uudiseid